西藏地区级配碎石的配合比优化设计

西藏地区级配碎石的配合比优化设计

李恒柱

中交一公局集团第六工程有限公司 天津 300000

摘要：本文以西藏地区为例，结合当地在碎石使用中存在的困难，采用天然筛分砂砾进行配合比的优化设计，并进行了成功的应用，节约了成本，保证了路面施工质量，为类似工程提供参考。

关键词：级配碎石；天然筛分砂砾；配合比；优化

级配碎石作为一种柔性材料，由于其属于松散颗粒结构，不传递拉应力、拉应变，具有良好的排水性能，广泛应用于沥青路面底基层结构中，以减少和延缓反射裂缝，改善路面结构排水性能，其质量的优劣直接决定了路面结构的成败。

1、工程概况

1.1.工程概况

本项目为G318日喀则机场专用公路新改建工程。路线起点位于机场进场路与G318交叉处，路线终点在联卓村西侧与在建的日喀则绕城公路平面交叉，采用一级公路标准建设，设计时速100Km/h，路基宽度25m，G318日喀则机场专用公路B标主线起止里程：K26+500～K40+464，线路全长13.964km。

主线路面结构层包括：底基层、基层、面层；其中底基层采用20cm厚级配碎石，集料最大粒径不大于37.5mm，含泥量不应超过5％，共计铺设级配碎石底基层308843平米，合计61768方。

2.级配碎石施工的不利条件

级配碎石底基层施工工艺已经相对成熟，本项目对于当地特殊的地理和人文环境，原材料的生产和使用主要存在以下几个问题：

（1）本项目进场后，根据施工特点结合项目的实际情况，项目实验室牵头对主线范围内所有挖方段进行了地质岩性的调查，调查表明该范围内的碎石各项指标均不能满足底基层的施工要求。

（2）业主指定采石场碎石指标基本符合要求，但是原材料的储量有限，仅仅能够满足本项目防护工程和排水工程的石材需求。

（3）项目通过各种渠道寻找指标符合要求的石山自行开采，但是因当地的特殊人文环境，符合要求的石山受到当地的保护，沟通协调的难度大、时间长，对项目的生产施工非常不利。

（4）距项目28公里处的蓉联料场碎石各项指标符合设计及规范要求，但是要负责A标和B标碎石的供应，其生产能力有限，根据现场生产施工的实际情况在路面施工过程中，不能同时满足两个标段的碎石供应。

（5）蓉联料场提供的原材料单价过高，对生产成本的控制极为不利。

3.设计方案比选

3.1初始设计方案

3.1.1.原材料的选用

选用优良的原材料是配合比设计和施工生产保证产品质量的关键，设计技术条件为：

（1）相关规范：《公路路面基层施工技术细则》；《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》；《公路工程集料试验规程》；《公路工程土工试验规程》。

（2）设计图纸的要求。

蓉联料场提供的集料，经试验各项试验指标符合相关要求，可以作为底基层集料，其规格为0～4.75mm、4.75～9.5、9.5～19mm、19～31.5mm四种。

3.1.2.筛分试验

（1）级配碎石底基层原材料筛分及设计图纸级配颗粒组成范围见表3.1-1。

表3.1-1原材料筛分及级配颗粒组成

根据筛分结果，在设计图纸级配范围内，调整各集料比例，设计出1组最佳级配，分别测定最佳级配的最大干密度和最佳含水量、CBR强度。

3.1.3.重型击实试验

采用含水量为3.0％、4.0％、5.0％、5.5％、6.0％重型击实试验，确定最大干密度和最佳含水量。根据击实数据绘制击实曲线图，求出最大干密度为2.255g/cm³，最佳含水量为5.7％。

3.1.4.测定最大干密度和最佳含水量级配碎石承载比

每种干密度试件制做3个，共制做9个试件，每层击实分别为30、50、98次，压实度为93％～96％所对应的承载比。

3.1.5.确定级配碎石配合比

根据以上试验，最后确定目标配合比为：19～31.5mm碎石：9.5～19mm碎石：4.75～9.5mm：0～4.75mm石粉=32％：12％：18％：38％，最大干密度：2.255g/m³、最佳含水量：5.7％，压实度按96.0％控制。由于日喀则地区空气干燥，蒸发量大、实际施工中用水量应增加0.5～1.0％。

3.2优化设计方案

本次配合比优化方案如下：

3.2.1.原材料的选用

蓉联料场提供的集料和K31+360料场砂砾，经试验各项试验指标符合相关要求，可以作为底基层集料。具体试验技术指标如下：

表3.2-1底基层集料技术指标

3.2.2.筛分试验

（1）级配碎石底基层原材料筛分及设计图纸级配颗粒组成范围见表3.2-2。

表3.2-2原材料筛分及级配颗粒组成

根据筛分结果，在设计图纸级配范围内，调整各集料比例，设计出1组最佳级配，级配组成见表3.2-3，分别测定最佳级配的最大干密度和最佳含水量、CBR强度。测试结果见表3.2-4.

表3.2-3最佳级配的设计组成结果

表3.2-4最大干密度、最佳含水量、承载比测试结果

3.2.3.重型击实试验

采用含水量为3.0％、4.0％、5.0％、5.5％、6.0％重型击实试验，确定最大干密度和最佳含水量，根据击实数据绘制击实曲线图，求出最大干密度为2.260g/cm³，最佳含水量为5.4％。

3.2.4.测定最大干密度和最佳含水量级配碎石承载比

每种干密度试件制做3个，共制做9个试件，每层击实分别为30、50、98次，压实度为93％～96％所对应的承载比。

3.2.5.确定级配碎石配合比

根据以上试验，最后确定目标配合比为：19～31.5mm碎石：9.5～19mm砂砾：4.75～9.5mm：0～4.75mm石屑=17％：30％：17％：36％，最大干密度：2.260g/m³、最佳含水量：5.4％，压实度按96.0％控制。由于日喀则地区空气干燥，蒸发量大、实际施工中用水量应增加0.5～1.0％。

4.经济效益分析

在级配碎石底基层施工当中，本项目经优化级配碎石底基层原材料费用由初设的548.93万元降至420.75万元，优化费用128.18万元，达到了预期目的。

4.1.初始设计费用计算

初始设计中碎石材料全部由蓉联料场提供，单价采用综合单价计算，各种规格碎石单价相同，单价中已经包含了装车和运输费用，每立方米按照89元计算。本项目级配碎石底基层共计需要原材料61678m³，原材料所需费用：548.93万元。

4.2.优化后费用计算

级配碎石配合比优化后，外购原材料由原来的100％下降到了70％，项目自行加工原材由原来的0增加到了30％，减少外购碎石18530.58方。因砂砾从指定料场K31+360料场开采，其成本仅由设备采购费、机械使用费和材料运输费组成，节本增效效果明显。

4.3与其他标段底基层施工比较

G318日喀则机场专用公路新改建工程共分为两个标段（A标、B标），两个标段所处地理、人文环境基本相同，施工内容基本相同，施工质量均按照相关规范和图纸要求执行。在底基层施工中本项目按照优化后配合比执行，A标在底基层施工中均采用外购原材料，制约了施工进度，提高了施工成本。

5.结束语

优化后配合比具有较好的力学性能和经济性，可用于大面积施工作业，为级配碎石外掺砂砾的推广提供了良好的技术支持。本工程在施工期间得到了业主、监理、质监等多单位表扬，并且得到优质、安全、按期顺利的实施，为我单位开辟西藏市场奠定了基础，配合比的优化也为企业赢得了效益。切实实现了业主满意进度、监理满意质量，企业满意效益的效果。

参考文献

【1】《公路工程集料试验规程》 中华人民共和国交通部 2005 人民交通出版社

【2】《公路路面基层施工技术规范》 中华人民共和国交通部 2015 人民交通出版社